孫小蘭 唐林洋
(廣東基礎(chǔ)新世紀(jì)混凝土有限公司)
關(guān)于水泥的各項指標(biāo),物理性質(zhì)及水化熱容易進(jìn)行對比分析,而礦物摻合料的種類及各自對水泥磁感應(yīng)強度的影響,又因不同類型水泥和不同摻入比例,有較大區(qū)別。
對廣東地區(qū)某大型水泥廠家生產(chǎn)的各型水泥進(jìn)行物理、化學(xué)性能和磁感應(yīng)強度檢測,得出數(shù)據(jù)對比如表1。
表1 各種水泥性能指標(biāo)對比
經(jīng)對比,最終選擇了早期強度高、電磁強度低的PⅡ42.5 早強型水泥作為本次配合比研發(fā)的水泥型號。確定水泥型號后,需要對不同廠家的水泥進(jìn)行進(jìn)一步的對比。選擇了廣東地區(qū)市場使用率較高的幾家水泥進(jìn)行對比,最終選擇了供應(yīng)量大、質(zhì)量穩(wěn)定的英德生產(chǎn)的海螺牌42.5R 水泥作為本次試驗研究的基準(zhǔn)水泥。各項檢測結(jié)果見表2。
礦物摻合料作為膠凝材料以一定比例取代水泥加入到混凝土中,能有效降低混凝土水化熱,提高混凝土的工作性。常規(guī)礦物摻合料有硅粉、微珠粉、粉煤灰、礦渣粉及石粉等。本次試驗,分別對這幾種礦物摻合料進(jìn)行了系統(tǒng)比對,結(jié)果見表3。
表2 水泥各項性能指標(biāo)對比
表3 各類型摻合料性能指標(biāo)對比
經(jīng)對比分析,最終選定硅粉和微珠粉作為膠凝材料摻合料組分。
在混凝土結(jié)構(gòu)中,骨料組分占混凝土總體積的70%以上,其堅固性直接影響混凝土抗壓強度,其礦物組成也將直接影響混凝土的電磁強度?;炷凉橇辖M分中,又分粗骨料(粒徑為5~25mm)和細(xì)骨料(粒徑為0.15~5mm)。
在粗骨料的選擇中,廣州地區(qū)主要以花崗巖為主。本地區(qū)所產(chǎn)花崗巖質(zhì)地堅硬、風(fēng)化層較少、含泥量低且粒型較為圓潤,針片狀少。本次試驗首先就對廠區(qū)庫存的花崗巖樣品進(jìn)行了電磁強度檢測,經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn),1 號倉、3 號倉、6 號倉所堆放的花崗巖樣品電磁強度分別為:175nT、64nT 和162nT,無法達(dá)到控制要求。求近不得,遂在華南地區(qū)遍尋石場,各項結(jié)果見表4。
表4 不同產(chǎn)地碎石性能指標(biāo)對比
從表4 可以看出,根據(jù)混凝土用碎石標(biāo)準(zhǔn)要求,各樣品的物理性能基本能滿足本次設(shè)計強度要求,但只有惠州博羅石場一家的電磁強度滿足控制要求。原因是地質(zhì)形成過程中,巖層山脈在形成過程中會有不同的礦物質(zhì)夾雜在其中,其中花崗巖的內(nèi)部組分尤其復(fù)雜。本次確定的博羅石場在工程開展進(jìn)貨前的檢驗中,亦有數(shù)批次碎石電磁強度無法達(dá)到控制要求。經(jīng)對比,最終決定選擇博羅石場的碎石作為配合比設(shè)計的粗骨料。
細(xì)骨料的選擇相對簡單,目前市場所用的細(xì)骨料主要為天然砂。其主要組分為二氧化硅,直接抽取本公司2 號倉和4 號倉的砂樣品,經(jīng)檢驗,電磁強度都為0nT,滿足控制要求。
拌和用水應(yīng)符合國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《混凝土拌和用水標(biāo)準(zhǔn)》(JGJ63)的要求。本試驗使用飲用自來水。
沿用日常在用的聚羧酸系高性能減水劑作為本次研發(fā)用的外加劑。
根據(jù)JGJ 55《混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》中各項技術(shù)要求,結(jié)合本次設(shè)計對混凝土電磁強度的嚴(yán)格控制,將各類原材料進(jìn)行膠凝材料體系調(diào)整、粗細(xì)骨料調(diào)整、水膠比調(diào)整,通過正交試驗和測定混凝土和易性等試驗手段,分別對無磁混凝土的電磁強度、混凝土抗壓強度、和易性差別進(jìn)行了多維度深層次對比。根據(jù)原材料性能參數(shù),通過配合比設(shè)計規(guī)程計算,得出基準(zhǔn)配合比見表5。
在基準(zhǔn)配合比中,首先對膠凝材料組分進(jìn)行調(diào)整,對比混凝土各項技術(shù)參數(shù)之間的差異。具體調(diào)整配方見表6。
表5 基準(zhǔn)配合比信息
表6 膠凝材料調(diào)整后配方
只調(diào)整膠凝材料,混凝土水膠比和砂率不作調(diào)整,對調(diào)整后配方的各項數(shù)據(jù)經(jīng)對比分析試驗和檢測,得出數(shù)據(jù)見表7。
從表7 可以看出,調(diào)整混凝土中膠凝材料組分比例后,混凝土的電磁強度值均符合控制要求,混凝土和易性表現(xiàn)基本良好,坍落度、擴展度和經(jīng)時損失略有差異,但基本可控。
表7 膠凝材料調(diào)整后混凝土性能
表8 調(diào)整砂石骨料后混凝土配方
取抗壓強度最佳者為下一步砂石骨料調(diào)整參考數(shù)據(jù),并作對比配方,見表8。
只調(diào)整砂石骨料比例,混凝土水膠比和容重不作調(diào)整,對調(diào)整后配方的各項數(shù)據(jù)經(jīng)對比分析試驗和檢測,得出數(shù)據(jù)見表9。
表9 膠凝材料調(diào)整后混凝土性能
從表9 中可以看出,當(dāng)混凝土砂率下調(diào)后,混凝土和易性迅速變差,強度降低明顯,混凝土電磁強度超出控制值要求;當(dāng)混凝土比較基準(zhǔn)上調(diào)一個砂率之后,混凝土和易性得到改善,流動性和粘聚性均表現(xiàn)良好,混凝土28 天強度雖略有下降,但7 天強度達(dá)到了設(shè)計值的100%,與此同時,混凝土電磁強度控制在3nT。
經(jīng)過綜合對比分析,最終確定了本次研究最終配合比。見表10。
表10 最終配合比
此配合比和易性最佳,3 天強度達(dá)到了設(shè)計值的100%,電磁強度實測值也遠(yuǎn)低于控制指標(biāo)。
⑴此次研發(fā)的無磁混凝土在工程中已成功應(yīng)用。主體結(jié)構(gòu)部位經(jīng)周密的設(shè)計和標(biāo)準(zhǔn)化的養(yǎng)護(hù),所有水上水下結(jié)構(gòu)經(jīng)檢測,未發(fā)現(xiàn)一條裂縫,混凝土表面氣孔率底,鏡面光整度高,混凝土試塊3 天試壓強度在50MPa 以上,28 天達(dá)64MPa 以上,混凝土實體結(jié)構(gòu)回彈值全部合格。主體結(jié)構(gòu)實體磁性檢測結(jié)果全部在5nT 以下。完全達(dá)到了設(shè)計方的各項控制指標(biāo),工程方和業(yè)主方對此表示滿意。
⑵無磁混凝土的技術(shù)研發(fā)過程中,礦物摻合料的選擇是控制混凝土和易性和混凝土磁感應(yīng)強度的一個非常重要的因素。硅粉和微珠粉的活性高,磁感應(yīng)強度低,是配制無磁混凝土的優(yōu)良摻合料,該摻合料同時還能改善混凝土的工作性能,提高混凝土的早期強度,改善混凝土的耐久性能。
⑶粗骨料的選擇是無磁混凝土制備的一個難點。同是花崗巖,不同礦山的巖石礦物組分不同,同一礦山巖石不同的巖層,其磁感應(yīng)強度也有較大的變化。在配制無磁混凝土?xí)r,一定要預(yù)先確定碎石的批次,并進(jìn)行磁性檢測。在確定磁性合格后,該批次碎石方可使用。